JP6667570B2

JP6667570B2 - Multi-bandpass LCD tunable filter

Info

Publication number: JP6667570B2
Application number: JP2018075624A
Authority: JP
Inventors: テメリスゲオルゲ
Original assignee: Leica Instruments Singapore Pte Ltd
Current assignee: Leica Instruments Singapore Pte Ltd
Priority date: 2017-04-11
Filing date: 2018-04-10
Publication date: 2020-03-18
Anticipated expiration: 2038-04-10
Also published as: EP3388885A1; JP2018180539A; CN108693583A; CN108693583B; US11048097B2; US20180292706A1

Description

本発明は、通過波長の光を伝達する光学フィルタに関する。このフィルタは、伝達方向に沿って配置された少なくとも２つの光学フィルタ段を備えており、この伝達方向に沿って、通過波長の光が光学フィルタを介して伝達され、少なくとも２つの光学フィルタ段各々は、少なくとも１つの入射側偏光子と少なくとも１つの固定リターディング（位相遅延）素子とを備えている。 The present invention relates to an optical filter that transmits light having a passing wavelength. The filter comprises at least two optical filter stages arranged along the direction of transmission, along which the light of the passing wavelength is transmitted through the optical filter, wherein each of the at least two optical filter stages Comprises at least one incident-side polarizer and at least one fixed retarding (phase delay) element.

本発明はさらに、制限されたスペクトル帯域内の光に各々が制限されている少なくとも２つの像を同時にキャプチャするカメラ、マルチスペクトル撮像システム、および照射システムに関する。 The present invention further relates to a camera, a multispectral imaging system, and an illumination system that simultaneously capture at least two images each limited to light within a limited spectral band.

各々が複屈折材料を含む多数のフィルタ段をベースとする光学フィルタは、従来技術において知られている。これらのフィルタ段を、SolcまたはLyotによる設計で配置することができる。どのような構成が使用されるにせよ、従来技術の光学フィルタは、特に慣用の固定波長光学フィルタに比べてピーク伝達値が低い、という欠点を有している。したがって、カメラまたは撮像システムに適用する場合には、従来技術の光学フィルタは高感度のカメラを必要とする。また、従来技術の光学フィルタを適用した照射システムの場合には、高い照射強度が必要とされる。 Optical filters based on multiple filter stages, each containing a birefringent material, are known in the prior art. These filter stages can be arranged in a Solc or Lyot design. Whatever configuration is used, prior art optical filters have the disadvantage of having a lower peak transmission value, especially compared to conventional fixed wavelength optical filters. Thus, when applied to cameras or imaging systems, prior art optical filters require high sensitivity cameras. In the case of an irradiation system to which a conventional optical filter is applied, a high irradiation intensity is required.

よって、本発明の課題は、伝達値が改善された光学フィルタ、カメラ、マルチスペクトル撮像システムおよび照射システムを提供することである。 It is therefore an object of the present invention to provide an optical filter, a camera, a multispectral imaging system and an illumination system with improved transmission values.

冒頭で述べた光学フィルタは、上述の問題点を以下のようにして解決する。すなわち少なくとも２つの光学フィルタ段各々は、動作波長範囲にわたって広がる周期的伝達特性を有しており、各伝達特性は、他の伝達特性各々の少なくとも１つのピークとそれぞれオーバラップした少なくとも２つのピークを有しており、光学フィルタの総合伝達特性は、スペクトル的に互いに分離された少なくとも２つのスペクトル通過帯域を有する。 The optical filter described at the beginning solves the above-described problem as follows. That is, each of the at least two optical filter stages has a periodic transfer characteristic that extends over the operating wavelength range, each transfer characteristic having at least two peaks that respectively overlap at least one peak of each of the other transfer characteristics. And the overall transfer characteristic of the optical filter has at least two spectral passbands that are spectrally separated from one another.

冒頭で述べた形式のカメラは上述の問題点を、本発明による光学フィルタを備えることによって解決する。この場合、フィルタの総合伝達特性の少なくとも１つのスペクトル通過帯域は、スペクトル帯域各々の中に位置している。 A camera of the type mentioned at the outset solves the above-mentioned problems by providing an optical filter according to the invention. In this case, at least one spectral passband of the overall transfer characteristic of the filter is located within each spectral band.

同時撮像のための本発明によるマルチスペクトル撮像システムは上述の問題点を、少なくとも１つの本発明によるカメラを備えることによって解決する。 A multispectral imaging system according to the invention for simultaneous imaging solves the above-mentioned problems by providing at least one camera according to the invention.

少なくとも２つの異なるスペクトル帯域の光によって試料を照射する本発明による照射システムは、広帯域光源と本発明による光学フィルタとを備えることによって、上述の問題点を解決する。 An illumination system according to the invention for illuminating a sample with light of at least two different spectral bands solves the above-mentioned problems by providing a broadband light source and an optical filter according to the invention.

通過波長とは、波長依存性の伝達カーブの中心波長のことであると解されたい。この場合、伝達カーブは特定のパルス形状を有することができる。 It should be understood that the passing wavelength is the center wavelength of the wavelength-dependent transmission curve. In this case, the transfer curve can have a specific pulse shape.

よって、通過波長とは、対応する光学フィルタの最大伝達波長のことであると解されたい。この場合、通過波長と隣り合った波長を伝達することもできるが、その場合の伝達率は通過波長よりも低い。 Therefore, it should be understood that the passing wavelength is the maximum transmission wavelength of the corresponding optical filter. In this case, a wavelength adjacent to the passing wavelength can be transmitted, but the transmission factor in that case is lower than the passing wavelength.

光学フィルタ段とは、波長依存性の伝達率を有する複数の光学部品から成るアセンブリのことであると解されたい。光学フィルタ段各々の伝達特性により、伝達方向に沿って光学フィルタ段へ入射される光に作用が及ぼされる。 An optical filter stage is to be understood as an assembly of a plurality of optical components having a wavelength-dependent transmission. The transmission characteristics of each optical filter stage affect the light incident on the optical filter stage along the direction of transmission.

光学フィルタの総合伝達特性を得るために、全ての光学フィルタ段の伝達特性が掛け合わせられる。 To obtain the overall transfer characteristic of the optical filter, the transfer characteristics of all optical filter stages are multiplied.

入射側偏光子を、予め定められた直線偏光をほぼ１００％伝達する直線偏光子として具現化することができ、この場合、予め定められた上述の偏光とは異なる偏光の光は、偏光子によって減衰させられる。 The incident-side polarizer can be embodied as a linear polarizer that transmits nearly 100% of the predetermined linearly polarized light, in which case light of a different polarization than the predetermined above-mentioned polarization is transmitted by the polarizer. Attenuated.

予め定められた偏光方向に対し垂直に偏光された光は、好ましくは完全に阻止される。入射される偏光と偏光子の予め定められた偏光方向との間の角度に関して、伝達率はコサインカーブを辿り、その際にコサインカーブの負の半波を辿る。 Light polarized perpendicular to the predetermined polarization direction is preferably completely blocked. With respect to the angle between the incident polarization and the predetermined polarization direction of the polarizer, the transmissivity follows a cosine curve, where it follows the negative half-wave of the cosine curve.

光学フィルタ段各々の固定リターディング素子を、固定の複屈折を有する複屈折材料として具現化することができる。複屈折の結果、垂直に偏光された光成分相互間にリターデーションが生じるので、複屈折材料はリターダまたはリターディング素子とも呼ばれる。 The fixed retarding element of each optical filter stage can be embodied as a birefringent material having a fixed birefringence. Birefringent materials are also called retarders or retarding elements because birefringence results in retardation between vertically polarized light components.

本発明による光学フィルタは少なくとも２つの光学フィルタ段を備えており、これらの光学フィルタ段の双方は、動作波長範囲にわたって広がる周期的伝達特性を有している。動作波長範囲とは、この範囲内で光学フィルタが少なくとも１つの通過波長の光を伝達する波長範囲のことである、と解されたい。 The optical filter according to the invention comprises at least two optical filter stages, both of which have a periodic transfer characteristic which extends over the operating wavelength range. It should be understood that the operating wavelength range is the wavelength range within which the optical filter transmits light of at least one pass wavelength.

光学フィルタ内に設けられる偏光子、固定リターディング素子、あるいは場合によっては反射防止層または保護層などといった、光学フィルタ内で適用される光学素子の個々の伝達特性によって、動作波長範囲が制限される可能性がある。 The operating wavelength range is limited by the individual transfer characteristics of the optical element applied in the optical filter, such as a polarizer, fixed retarding element, or possibly an anti-reflective or protective layer provided in the optical filter. there is a possibility.

本発明によればフィルタ段各々は、動作波長範囲内に少なくとも２つのピークを含む伝達特性を有する。複数の光学フィルタ段の少なくとも２つの伝達特性はオーバラップしており、この場合、各光学フィルタ段の伝達特性における少なくとも第１および第２の最大伝達率が、他の光学フィルタ段の伝達特性各々の少なくとも１つの最大伝達率とオーバラップしている。 According to the invention, each filter stage has a transfer characteristic that includes at least two peaks within the operating wavelength range. At least two transfer characteristics of the plurality of optical filter stages overlap, wherein at least the first and second maximum transmissivities of the transfer characteristics of each optical filter stage are different from those of the other optical filter stages. At least one of the maximum transmission rates.

光学フィルタの総合伝達特性は、個々の伝達特性の乗算によって得られるが、このことは非線形作用を伴わない線形の光相互作用の場合にのみ当てはまる。 The overall transfer characteristic of the optical filter is obtained by multiplication of the individual transfer characteristics, but only in the case of linear optical interactions without non-linear effects.

光学フィルタの総合伝達特性は、スペクトル的に分離された少なくとも２つのスペクトル通過帯域を有しており、このスペクトル通過帯域内で、光学フィルタに入射される光が光学フィルタの最大伝達率で伝達されることになる。 The overall transfer characteristic of the optical filter has at least two spectrally separated spectral passbands, within which light incident on the optical filter is transmitted at the maximum transmission of the optical filter. Will be.

好ましくは、少なくとも２つのスペクトル通過帯域のスペクトルポジションとは異なるいかなる波長の光も、特に少なくとも２つのスペクトル通過帯域各々のスペクトル帯域幅外の波長は、光学フィルタによって完全に阻止される。少なくとも２つのスペクトル通過帯域間のスペクトル分離は好ましくは、それらのスペクトル通過帯域のスペクトル帯域幅の少なくとも２倍になる。 Preferably, light of any wavelength different from the spectral position of the at least two spectral passbands, especially wavelengths outside the spectral bandwidth of each of the at least two spectral passbands, is completely blocked by the optical filter. The spectral separation between the at least two spectral passbands is preferably at least twice the spectral bandwidth of those spectral passbands.

光学フィルタの総合伝達特性は、複数の光学フィルタ段の個々の伝達特性を含むので、スペクトル通過帯域のスペクトル帯域幅および形状は、光学フィルタの全てのスペクトル通過帯域について同一である。 Since the overall transfer characteristic of the optical filter includes the individual transfer characteristics of the plurality of optical filter stages, the spectral bandwidth and shape of the spectral passband is the same for all spectral passbands of the optical filter.

以下では、本発明のさらに別の有利な実施形態について説明する。それらの実施形態の技術的特徴は、任意に組み合わせ可能または省略可能である。 In the following, further advantageous embodiments of the invention will be described. The technical features of those embodiments can be arbitrarily combined or omitted.

本発明による光学フィルタの１つの実施形態によれば、少なくとも２つの光学フィルタ段は、類似したまたはそれどころか同一である個々の伝達特性を有することができ、その際、少なくとも１つの個々の伝達特性は、第２の光学フィルタ段の少なくとも１つの他の個々の伝達特性に対して、スペクトル的にシフトされている。オーバラップした、ただしシフトされた個々の伝達特性から結果として生じるスペクトル通過帯域を、１つの伝達特性のスペクトルのシフトなしで得られたスペクトル通過帯域に対して、スペクトル的に狭めることができる。 According to one embodiment of the optical filter according to the invention, the at least two optical filter stages can have individual transfer characteristics that are similar or even identical, wherein at least one individual transfer characteristic is , Spectrally shifted with respect to at least one other individual transfer characteristic of the second optical filter stage. The spectral passband resulting from overlapping but shifted individual transfer characteristics can be spectrally narrowed relative to the spectral passband obtained without shifting the spectrum of one transfer characteristic.

本発明による光学フィルタのさらに別の実施形態によれば、少なくとも３つの通過帯域が設けられており、その際に少なくとも３つの通過帯域は、波数スペクトル内においてスペクトル的に互いに等間隔で離間されている。この場合、波数は波長の逆数である。したがって結果として得られる光学フィルタの通過帯域によって、スペクトル通過帯域により規定される３つ以上の最大伝達率を有する光学櫛が形成される。 According to a further embodiment of the optical filter according to the invention, at least three passbands are provided, the at least three passbands being spectrally equally spaced from one another in the wavenumber spectrum. I have. In this case, the wave number is the reciprocal of the wavelength. Thus, the passband of the resulting optical filter forms an optical comb with three or more maximum transmissivities defined by the spectral passband.

各通過帯域間のスペクトルの離間を、実際に各通過帯域の中心波長間で測定することができる。 The spectral separation between each passband can actually be measured between the center wavelengths of each passband.

なお、スペクトル通過帯域カーブの外観すなわち通過帯域の帯域幅とピーク・トゥー・ピーク距離とは、波長と対比してプロットした場合、動作波長範囲における短い波長の側と長い波長の側とで異なる可能性がある、ということに留意されたい。波数（波長の逆数）と対比してプロットした場合、スペクトル通過帯域の帯域幅とピーク・トゥー・ピーク距離とは同一である。 It should be noted that the appearance of the spectral passband curve, that is, the passband bandwidth and the peak-to-peak distance may differ between the short wavelength side and the long wavelength side in the operating wavelength range when plotted against wavelength. Please note that there is. When plotted against wavenumber (reciprocal of wavelength), the bandwidth of the spectral passband and the peak-to-peak distance are the same.

本発明による光学フィルタのさらに別の有利な実施形態によれば、複数の光学フィルタ段のうちの少なくとも１つは、対応する光学フィルタ段の波長依存性の周期的伝達特性をシフトするために、可変リターディング素子を備えている。 According to yet another advantageous embodiment of the optical filter according to the invention, at least one of the plurality of optical filter stages is adapted to shift a wavelength-dependent periodic transfer characteristic of the corresponding optical filter stage. It has a variable retarding element.

この実施形態によれば、光学フィルタ段の少なくとも１つは、固定量の複屈折を加える、すなわち入射光をリターディングする固定リターディング素子を備えていると共に、可変の複屈折ないしはリターデーションを加える素子も備えている。かかる可変のリターデーションによって、波長依存性の周期的伝達特性が波長軸に沿ってシフトされ、その結果、少なくとも２つの個々の伝達特性のオーバラップした最大値が、場合によっては異なるスペクトルポジションをとるようになり、他方、これによって光学フィルタの少なくとも２つのスペクトル通過帯域も同様にシフトされる。 According to this embodiment, at least one of the optical filter stages adds a fixed amount of birefringence, ie comprises a fixed retarding element that retards incident light, and adds a variable birefringence or retardation. Elements are also provided. With such variable retardation, the wavelength-dependent periodic transfer characteristic is shifted along the wavelength axis, so that the overlapping maxima of at least two individual transfer characteristics take on possibly different spectral positions. This, on the other hand, shifts at least two spectral passbands of the optical filter as well.

したがってこの実施形態の光学フィルタは、チューナブルマルチバンドパスフィルタであり、これによってこのフィルタを介して少なくとも２つのスペクトル通過帯域を伝達できるようになり、その際に少なくとも２つのスペクトル通過帯域のスペクトルポジションをユーザが変更可能である。 The optical filter of this embodiment is therefore a tunable multi-bandpass filter, which allows the transmission of at least two spectral passbands via this filter, wherein the spectral position of at least two spectral passbands is Can be changed by the user.

光学フィルタ段各々が可変リターディング素子を備えていれば、本発明による光学フィルタをさらに改善することができる。この実施形態によれば、設けられた複数の光学フィルタ段における個々の周期的伝達特性の全てを、スペクトル的にシフトすることができる。よって、周期的伝達特性のオーバラップした最大値のポジションを、したがってスペクトル通過帯域のスペクトルポジションを、光学フィルタの動作波長範囲内のほぼ任意の波長に合わせてチューニングすることができる。 The optical filter according to the invention can be further improved if each optical filter stage comprises a variable retarding element. According to this embodiment, all of the individual periodic transfer characteristics in the provided plurality of optical filter stages can be spectrally shifted. Thus, the position of the overlapped maximum value of the periodic transfer characteristic, and thus the spectral position of the spectral passband, can be tuned to almost any wavelength within the operating wavelength range of the optical filter.

このため本発明による光学フィルタの上述の実施形態によれば、従来技術では１つのスペクトル帯域であったのに、複数のスペクトル帯域のリアルタイム撮像が可能になることから、従来技術の光学フィルタを凌ぐさらなる利点が得られるようになる。他方、このことにより結果として、スループット効率の改善と合わせて、相応に高速化されたスキャニング速度が得られるようになり、すなわち損失が減少しかつコストおよびサイズが小さくなる。 For this reason, according to the above-described embodiment of the optical filter according to the present invention, real-time imaging of a plurality of spectral bands is possible in the related art, which is one spectral band, and therefore, exceeds the optical filter of the related art Further advantages will be obtained. On the other hand, this results in a correspondingly increased scanning speed, in combination with an improvement in throughput efficiency, ie reduced losses and reduced cost and size.

従来技術の光学フィルタは、たとえ従来技術のチューナブルフィルタであったとしても、リアルタイムでは単色像を供給することしかできない。本発明の光学フィルタによれば、少なくとも２つのスペクトル通過帯域をリアルタイムで、すなわち同時に、考慮することができる。 Prior art optical filters, even though they are prior art tunable filters, can only provide a monochromatic image in real time. According to the optical filter of the invention, at least two spectral passbands can be considered in real time, ie simultaneously.

本発明による光学フィルタのさらに別の実施形態によれば、可変リターディング素子の少なくとも１つは液晶素子として具現化されている。液晶素子は、電界内に配置したときに指向性をもたせることができる等方性液晶に基づくものである。電界の電界強度を変化させることによって液晶が回転させられ、それらの液晶に入射される光に対して加えられるそれらの液晶の複屈折ないしはリターデーションを変化させる。したがって可変リターディング素子によって加えられる可変のリターデーションを、容易に制御し変更することができる。 According to yet another embodiment of the optical filter according to the invention, at least one of the variable retarding elements is embodied as a liquid crystal element. Liquid crystal elements are based on isotropic liquid crystals that can have directivity when placed in an electric field. Changing the electric field strength of the electric field rotates the liquid crystals, changing the birefringence or retardation of those liquid crystals that is added to light incident on those liquid crystals. Therefore, the variable retardation applied by the variable retarding element can be easily controlled and changed.

本発明による光学フィルタのさらに別の実施形態によれば、少なくとも２つの光学フィルタ段は等しいリターデーションを有しており、この場合、２つの光学フィルタ段の周期的伝達特性は互いにシフトされている。本発明による光学フィルタのこの実施形態が有する利点とは、スペクトル通過帯域の光学的な帯域幅を変化させることができる、ということである。帯域幅のこのような変化を、光学フィルタのスペクトル通過帯域のチューナビリティに対する代案として、またはそれに加えて、適用することができる。スペクトル通過帯域の狭いスペクトル帯域幅を達成する目的で、２つ以上の光学フィルタ段が同一のリターデーションを有することができる。 According to a further embodiment of the optical filter according to the invention, at least two optical filter stages have equal retardation, wherein the periodic transfer characteristics of the two optical filter stages are shifted with respect to each other. . An advantage of this embodiment of the optical filter according to the invention is that the optical bandwidth of the spectral passband can be varied. Such a change in bandwidth can be applied as an alternative to or in addition to the tunability of the spectral passband of the optical filter. For the purpose of achieving a narrow spectral bandwidth of the spectral pass band, two or more optical filter stages can have the same retardation.

本発明による光学フィルタを、少なくとも１つの光学フィルタ段が、少なくとも１つの他の光学フィルタ段のリターデーションとは異なるリターデーションを有することによって、さらに改善することができる。固定リターディング素子のリターデーションがそれぞれ異なる結果として、個々の伝達特性においてそれぞれ異なる周期性が生じるようになる。 The optical filter according to the invention can be further improved by having at least one optical filter stage have a retardation different from that of at least one other optical filter stage. The different retardations of the fixed retarding elements result in different periodicities in the individual transfer characteristics.

複屈折材料すなわち液晶が適用される場合、伝達方向に沿って測定される液晶の厚さと共にリターデーションが大きくなる。したがって、比較的厚い固定リターディング素子を備えた光学フィルタ段は、周期性が低減された、すなわち周期的伝達特性のスペクトル周波数が高められた伝達特性を有することができる。また、比較的厚い固定リターディング素子を備えた光学フィルタ段の最大伝達率は、比較的薄い固定リターディング素子を適用した光学フィルタ段の周期的伝達特性の最大伝達率よりも、互いに密に位置している。 When a birefringent material or liquid crystal is applied, the retardation increases with the thickness of the liquid crystal measured along the direction of transmission. Thus, an optical filter stage with a relatively thick fixed retarding element can have a transfer characteristic with reduced periodicity, ie an increased spectral frequency of the periodic transfer characteristic. Also, the maximum transmissivity of optical filter stages with relatively thick fixed retarding elements is closer to each other than the maximum transmissivity of the periodic transmission characteristics of optical filter stages with relatively thin fixed retarding elements. are doing.

低いスペクトル周波数を有する個々の伝達特性は、広いスペクトル帯域幅を有することができ、高いスペクトル周波数を有する伝達特性は、それに応じていっそう狭いスペクトル帯域幅を有することができる。よって、達成される総合伝達特性は、高いスペクトル周波数の個々の伝達特性のスペクトル帯域幅によって決定されるスペクトル帯域幅を有することができ、この場合、スペクトル通過帯域の中心波長を、低いスペクトル周波数の伝達特性の最大伝達率によって決定することができる。 Individual transfer characteristics with low spectral frequencies can have a wide spectral bandwidth, and transfer characteristics with high spectral frequencies can have a correspondingly narrower spectral bandwidth. Thus, the overall transfer characteristic achieved can have a spectral bandwidth determined by the spectral bandwidth of the individual transfer characteristics at the higher spectral frequencies, where the center wavelength of the spectral passband is reduced to the lower spectral frequency. It can be determined by the maximum transmission rate of the transfer characteristic.

本発明による光学フィルタのさらに別の実施形態によれば、少なくとも１つの光学フィルタ段は、少なくとも１つの他の光学フィルタ段のリターデーションとは２倍異なるリターデーションを有する。リターデーションが２倍異なることから結果として、やはりそれぞれ２倍異なる対応する周期的伝達特性における最大伝達率のスペクトル周波数が生じることになる。 According to yet another embodiment of the optical filter according to the present invention, at least one optical filter stage has a retardation that is twice as different as that of at least one other optical filter stage. A two-fold difference in retardation results in a spectral frequency of maximum transmission at a corresponding periodic transfer characteristic, which is also each twice different.

よって、比較的小さいリターデーションの結果として生じた伝達特性の１つの半波内に、好ましくは、２倍のリターデーションの結果として生じた第２の周期的伝達特性の２つの半波が含まれる。 Thus, within one half-wave of the transfer characteristic resulting from the relatively small retardation, preferably two half-waves of the second periodic transfer characteristic resulting from the double retardation are included. .

このため、リターデーションがそれぞれ異なる複数の光学フィルタ段の少なくとも２つの周期的伝達特性におけるピーク（最大伝達率）間のオーバラップが保証される。 This ensures an overlap between peaks (maximum transmission rates) in at least two periodic transmission characteristics of the plurality of optical filter stages with different retardations.

さらに別の実施形態によれば、光学フィルタ内に一連の光学フィルタ段１，２，．．．Ｎを含めることができ、この場合、光学フィルタ段２のリターデーションは光学フィルタ段１のリターデーションの２倍であり、光学フィルタ段３のリターデーションは光学フィルタ段２のリターデーションの２倍であり、．．．、光学フィルタ段Ｎのリターデーションは光学フィルタ段Ｎ−１のリターデーションの２倍である。 According to yet another embodiment, a series of optical filter stages 1, 2,. . . N, where the retardation of the optical filter stage 2 is twice the retardation of the optical filter stage 1 and the retardation of the optical filter stage 3 is twice the retardation of the optical filter stage 2. Yes,. . . , The retardation of the optical filter stage N is twice that of the optical filter stage N-1.

この実施形態によれば、個々の伝達特性の最大伝達率のオーバラップも保証される。光学フィルタ段１の周期的伝達特性によって、光学フィルタのスペクトル通過帯域の個数が決定され、この場合、スペクトル通過帯域の個数は、動作波長範囲内に位置する周期的伝達特性の最大伝達率の個数に相応する。 According to this embodiment, the overlap of the maximum transmission rates of the individual transmission characteristics is also guaranteed. The number of spectral passbands of the optical filter is determined by the periodic transfer characteristic of the optical filter stage 1, where the number of spectral passbands is the number of the maximum transmissivity of the periodic transfer characteristic located within the operating wavelength range. Corresponds to

さらに光学フィルタ段Ｎのスペクトル帯域幅によって、光学フィルタにおいて結果として生じるスペクトル通過帯域のスペクトル帯域幅を決定することができる。よって、この実施形態の光学フィルタは、少なくとも２つのスペクトル通過帯域を含む櫛形スペクトルを有することができ、この場合、櫛形スペクトル全体を、可変リターディング素子を用いてスペクトル的にシフトすることができる。 In addition, the spectral bandwidth of the optical filter stage N can determine the spectral bandwidth of the resulting spectral passband in the optical filter. Thus, the optical filter of this embodiment can have a comb spectrum that includes at least two spectral passbands, in which case the entire comb spectrum can be spectrally shifted using a variable retarding element.

櫛形スペクトルのスペクトル通過帯域を特に、スペクトル的に互いに等間隔に離間させることができる。このため結果として得られる光学フィルタによって、少なくとも２つの波長を同時に伝達させることができるようになり、それによってマルチスペクトルアプリケーションをリアルタイムに実施できるようになる。 In particular, the spectral passbands of the comb spectrum can be spectrally equally spaced from one another. This allows the resulting optical filter to transmit at least two wavelengths simultaneously, thereby enabling real-time multispectral applications.

冒頭で述べた少なくとも２つの像を同時にキャプチャするカメラを、光学フィルタの動作波長範囲である伝達された全てのスペクトル通過帯域を検出するように、具現化することができる。この場合、光学フィルタの動作波長範囲は、好ましくはカメラが入射光に感応する範囲を示すカメラ波長範囲と一致する。カメラは、ＣＣＤ検出器またはＣＭＯＳ検出器として具現化可能な検出器を備えることができ、この場合、検出器の画素各々が１つのマイクロフィルタを備えることができる。 A camera that simultaneously captures at least two images mentioned at the outset can be embodied to detect all transmitted spectral passbands that are the operating wavelength range of the optical filter. In this case, the operating wavelength range of the optical filter preferably coincides with the camera wavelength range indicating the range in which the camera is sensitive to incident light. The camera may include a detector that may be embodied as a CCD detector or a CMOS detector, where each pixel of the detector may include one microfilter.

少なくとも２つの像を同時にキャプチャする本発明によるカメラの第１の実施形態によれば、個々の画素に適用されるマイクロフィルタを、対応するマイクロフィルタの下限波長と上限波長との間の波長の光のみを伝達するバンドパスフィルタとして、具現化することができる。 According to a first embodiment of the camera according to the present invention, which captures at least two images simultaneously, the microfilter applied to the individual pixels is converted to light of a wavelength between the lower and upper wavelengths of the corresponding microfilter. It can be embodied as a band-pass filter that transmits only.

下限波長よりも短い波長または上限波長よりも長い波長は、マイクロフィルタによって好ましくは完全に阻止される。 Wavelengths shorter than the lower wavelength or longer than the upper wavelength are preferably completely blocked by the microfilter.

第２のマイクロフィルタのスペクトル帯域を、第１のマイクロフィルタのスペクトル帯域にスペクトル的に隣り合うように位置させることができ、この場合、第２のマイクロフィルタの帯域の下限波長は、第１のマイクロフィルタの帯域の上限波長以上である。 The spectral band of the second microfilter can be positioned to be spectrally adjacent to the spectral band of the first microfilter, where the lower wavelength limit of the band of the second microfilter is the first It is not less than the upper limit wavelength of the band of the micro filter.

したがって、カラーコーディングを規定するために、隣り合う画素に２つ以上のマイクロフィルタを適用することができる。レッド−グリーン−ブルー（ＲＧＢ）カラーコーディングのケースであれば、３つの異なるマイクロフィルタから成るセットを適用することができ、グリーン−シアン−マゼンタ−イエロー（ＧＣＭＹ）カラーコーディングのケースであれば、４つの異なるマイクロフィルタから成るセットを隣り合う画素に適用することができる。 Therefore, two or more microfilters can be applied to adjacent pixels to define color coding. In the case of red-green-blue (RGB) color coding, a set of three different microfilters can be applied; in the case of green-cyan-magenta-yellow (GCMY) color coding, 4 A set of three different microfilters can be applied to neighboring pixels.

このようにしてカメラの複数のマイクロフィルタによって、１つの波長範囲を予め選択することができ、この場合、光学フィルタのただ１つのスペクトル通過帯域が上述の波長範囲内にスペクトル的に位置しており、このスペクトル通過帯域はフィルタのスペクトル帯域の下位の波長範囲を形成する。したがって、上述の画素により測定される入射光の強度を、光学フィルタの対応するスペクトル通過帯域の強度に一義的に関連づけることができる。 In this way, one wavelength range can be preselected by the microfilters of the camera, in which case only one spectral passband of the optical filter is spectrally located within the aforementioned wavelength range. , This spectral pass band forms the lower wavelength range of the spectral band of the filter. Thus, the intensity of the incident light measured by the above-mentioned pixels can be uniquely related to the intensity of the corresponding spectral passband of the optical filter.

本発明によるカメラのその他の想定可能な実施形態によれば、それぞれ特有の伝達スペクトルを有する複数のマイクロフィルタが適用され、この場合、光学フィルタの少なくとも２つのスペクトル通過帯域は、マイクロフィルタ各々についてそれぞれ異なる伝達値を有する。このカメラはさらに、各画素の測定された強度をただ１つのスペクトル通過帯域に関連づけるために、後処理用のプロセッサを備えている。 According to another possible embodiment of the camera according to the invention, a plurality of microfilters, each having a unique transfer spectrum, is applied, wherein at least two spectral passbands of the optical filter are respectively provided for each microfilter. Has different transfer values. The camera further comprises a post-processing processor for associating the measured intensity of each pixel with only one spectral passband.

冒頭で述べたマルチスペクトル撮像システムを、少なくとも２つのカメラを設けることによってさらに改善することができ、この場合、少なくとも２つのカメラ各々の少なくとも２つの通過帯域は、スペクトル的に互いにシフトされている。 The multispectral imaging system described at the outset can be further improved by providing at least two cameras, wherein at least two passbands of each of the at least two cameras are spectrally shifted from one another.

一般にマルチスペクトル撮像システムは、複数のスペクトル通過帯域間のスペクトル距離が一定である、という制約を有しており、したがって通過帯域を互いに無関係に選択することはできない。本発明によるマルチスペクトル撮像システムのこの実施形態によれば、各カメラにより測定される通過帯域を互いに無関係に選択できることから、このような制約が緩和される。 In general, multispectral imaging systems have the constraint that the spectral distance between multiple spectral passbands is constant, so that the passbands cannot be selected independently of one another. According to this embodiment of the multispectral imaging system according to the present invention, such restrictions are relaxed because the passbands measured by each camera can be selected independently of each other.

冒頭で述べた本発明による照射システムのために、広帯域連続光源または広帯域離散光源を適用することができる。このため照射システムは、少なくとも２つの異なるスペクトル通過帯域をフィルタリングして、この少なくとも２つの通過帯域によって試料を照射する。 For the illumination system according to the invention mentioned at the outset, a broadband continuous light source or a broadband discrete light source can be applied. To this end, the illumination system filters at least two different spectral passbands and illuminates the sample with the at least two passbands.

さらに考えられるのは、選択されたスペクトル通過帯域を得るために、広帯域離散光源のフィルタリングを適用できる、ということである。この通過帯域を、試料の個々の吸収特性に対応する照射波長に合わせてチューニングすることができる。したがって、２つの異なる蛍光チャネルにおける蛍光励起を実現させることができる。 It is further conceivable that broadband discrete light source filtering can be applied to obtain a selected spectral passband. This pass band can be tuned to the illumination wavelength corresponding to the individual absorption characteristics of the sample. Therefore, fluorescence excitation in two different fluorescence channels can be realized.

次に、本発明について添付の図面を参照しながら説明する。同じ技術的特徴および同じ技術的作用を有する特徴には、同じ参照符号を付すものとする。 Next, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The same technical features and features having the same technical effect are given the same reference numerals.

従来技術の光学フィルタの概略的な構成を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a schematic configuration of a conventional optical filter. 複数の光学フィルタ段の個々の伝達特性と、結果として生じる光学フィルタの総合伝達特性とを示す図である。FIG. 4 shows the individual transfer characteristics of a plurality of optical filter stages and the resulting overall transfer characteristics of the optical filter. 本発明による光学フィルタを適用して少なくとも２つの像を同時にキャプチャするカメラの動作原理を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating the operating principle of a camera that captures at least two images simultaneously by applying the optical filter according to the present invention. 光学フィルタを適用した本発明の照射システムの動作原理を示す図である。It is a figure showing the operation principle of the irradiation system of the present invention which applied an optical filter. 本発明によるカメラの詳細な動作原理を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a detailed operation principle of the camera according to the present invention. 本発明によるマルチスペクトル撮像システムの動作原理を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating the operation principle of the multispectral imaging system according to the present invention.

図１には、従来技術の光学フィルタ１の概略的な動作原理が示されている。光学フィルタ１は、図示の実施形態では６つの光学フィルタ段３を備えており、この場合、光学フィルタ段３の各々は、入射側偏光子５と１つの固定リターディング素子７とを備えており、このリターディング素子７の厚さ９は、図１の左側の光学フィルタ段から右側の光学フィルタ段３に向かって増加している。 FIG. 1 shows a schematic operation principle of a conventional optical filter 1. The optical filter 1 comprises in the embodiment shown six optical filter stages 3, wherein each of the optical filter stages 3 comprises an incident-side polarizer 5 and one fixed retarding element 7. The thickness 9 of the retarding element 7 increases from the left optical filter stage to the right optical filter stage 3 in FIG.

さらに各光学フィルタ段３は可変リターディング素子１９を備えており、これは液晶素子２１として具現化されている。各液晶素子２１は、光透過性の電極２７を備えた２つのガラスプレート２５の間に設けられた液晶２３を備えている。液晶２３、ガラスプレート２５および導電性の電極２７は、左側の光学フィルタ段３についてのみ参照符号で表されている。 Furthermore, each optical filter stage 3 is provided with a variable retarding element 19, which is embodied as a liquid crystal element 21. Each liquid crystal element 21 includes a liquid crystal 23 provided between two glass plates 25 each having a light transmitting electrode 27. The liquid crystal 23, the glass plate 25 and the conductive electrodes 27 are designated by reference numerals only for the left optical filter stage 3.

各光学フィルタ段３は、以下のように配向された２つの偏光子を備えている。すなわち、これら２つの偏光子のうち第１の偏光子を通って通過する直線偏光された光が、これら２つの偏光子４のうち第２の偏光子を通って伝達される光に対し垂直に配向されている。 Each optical filter stage 3 comprises two polarizers oriented as follows. That is, the linearly polarized light passing through the first of the two polarizers is perpendicular to the light transmitted through the second of the two polarizers 4. Oriented.

図１に示されている構成によれば、入射側偏光子５は、対応する入射側偏光子５の左側に配置された光学フィルタ段３のための出射側偏光子６を成している。 According to the configuration shown in FIG. 1, the input polarizer 5 forms an output polarizer 6 for the optical filter stage 3 arranged to the left of the corresponding input polarizer 5.

図１の左側に配置された光学フィルタ段３の入射側偏光子５は、全体の入射側偏光子５ａを成しており、光学フィルタ１はさらに、入射側偏光子５を成さない全体の出射側偏光子６ａを備えている。 The incident-side polarizer 5 of the optical filter stage 3 arranged on the left side of FIG. 1 forms the entire incident-side polarizer 5a, and the optical filter 1 further has the entirety that does not form the incident-side polarizer 5. An output side polarizer 6a is provided.

図１にはさらに伝達方向１１も示されており、図１に示されている光学フィルタ１を介した伝達によって、伝達方向１１または伝達方向１１とは逆方向で進行する光１３に対し同じように作用が及ぼされることから、図１には択一的な伝達方向１１ｂも示されている。 FIG. 1 also shows a transmission direction 11, which is likewise transmitted by the optical filter 1 shown in FIG. 1 for light 13 traveling in the transmission direction 11 or in the opposite direction to the transmission direction 11. 1 also shows an alternative transmission direction 11b.

伝達方向１１で光学フィルタ１に入射する光１３は、図１では通過波長１７である波長１５を有している。 The light 13 incident on the optical filter 1 in the transmission direction 11 has a wavelength 15 which is the pass wavelength 17 in FIG.

光学フィルタ１は、通過波長１７に対する最大伝達率３１によって特徴づけられる総合伝達特性２９を有している。つまり、通過波長１７の出射光３３が光学フィルタ１を介して伝達されるけれども、その一方で入射強度Ｉ_０は出射強度Ｉ_１よりも小さい。 The optical filter 1 has an overall transfer characteristic 29 characterized by a maximum transmission 31 for the passing wavelength 17. In other words, although the emitted light 33 passes through the wavelength 17 is transmitted through the optical filter 1, while the incident intensity I ₀ is smaller than the emission intensity I _1.

通過波長１７ではない波長１５の光１３は、光学フィルタ１を介して伝達されない。 The light 13 having the wavelength 15 other than the transmission wavelength 17 is not transmitted through the optical filter 1.

図２ａ、図２ｂおよび図２ｃには、それぞれ異なる伝達特性３５が示されている。図２ａには、図１の６つの光学フィルタ段について５つの伝達特性３５が示されているが、この場合には参照符号１の付された上方の枠は、図１の左側に配置された、すなわち図１の全体の入射側偏光子５ａのすぐ隣りに配置された光学フィルタ段３の伝達特性３５を表している。全体の出射側偏光子６ａと隣り合った対物フィルタ段３に関する６番目の伝達特性３５は、図２ａには示されていない。 2a, 2b and 2c show different transfer characteristics 35, respectively. FIG. 2 a shows five transfer characteristics 35 for the six optical filter stages of FIG. 1, wherein the upper frame, labeled 1, is located on the left side of FIG. 1. That is, it shows the transfer characteristic 35 of the optical filter stage 3 disposed immediately adjacent to the entire incident-side polarizer 5a in FIG. The sixth transfer characteristic 35 for the objective filter stage 3 adjacent to the entire exit polarizer 6a is not shown in FIG. 2a.

図示の伝達特性３５は、対応する光学フィルタ段３の伝達率３１を波長１５と対比してプロットしており、この場合、伝達特性３５は動作波長範囲４１内で示されている。 The illustrated transfer characteristic 35 plots the transmission 31 of the corresponding optical filter stage 3 against the wavelength 15, where the transfer characteristic 35 is shown within the operating wavelength range 41.

この図は、液晶の厚さ９がそれぞれ異なることから、結果としてそれぞれ異なるリターデーション３７ａ〜３７ｅが生じることを示しており、ここでリターデーション３７ａ〜３７ｅは、第２のフィルタ段のスペクトル周波数３９ｂが第１のフィルタ段のスペクトル周波数３９ａの２倍となり、相応に第３のフィルタ段のスペクトル周波数３９ｃが第２のフィルタ段のスペクトル周波数３９ｂの２倍の値となる、といった具合に選定されている。 This figure shows that the different thicknesses 9 of the liquid crystal result in different retardations 37a-37e, where the retardations 37a-37e correspond to the spectral frequencies 39b of the second filter stage. Is twice the spectral frequency 39a of the first filter stage, and the spectral frequency 39c of the third filter stage is twice the spectral frequency 39b of the second filter stage, and so on. I have.

本発明による光学フィルタ１によって、伝達特性３５ｃ、３５ｄおよび３５ｅが結合され、ここでは伝達特性３５ｃは実線でプロットされており、伝達特性３５ｄは破線でプロットされており、伝達特性３５ｅは点線でプロットされている。 With the optical filter 1 according to the invention, the transfer characteristics 35c, 35d and 35e are combined, where the transfer characteristic 35c is plotted with a solid line, the transfer characteristic 35d is plotted with a dashed line, and the transfer characteristic 35e is plotted with a dotted line. Have been.

図２ａ〜図２ｃに概略的に描かれている本発明による光学フィルタ１の場合、伝達特性３５ａおよび３５ｂを有する光学フィルタ段３は省かれ、伝達特性３５ｃ〜３５ｅを有する光学フィルタ段３だけが、図２ｃに示されている総合伝達特性２９に寄与する。図２ｂおよび図２ｃのプロットによって、動作波長範囲４１内の波長１５全体にわたりプロットされた伝達率３１も表されている。 In the case of the optical filter 1 according to the invention schematically depicted in FIGS. 2a to 2c, the optical filter stage 3 having the transfer characteristics 35a and 35b is omitted, and only the optical filter stage 3 having the transfer characteristics 35c to 35e. , Contribute to the overall transfer characteristic 29 shown in FIG. 2c. The plots of FIGS. 2 b and 2 c also show the transmission 31 plotted over the wavelength 15 within the operating wavelength range 41.

図２ｂによれば、伝達ピーク４３ｃ、４３ｄおよび４３ｅ、ならびに伝達特性３５ｃ〜３５ｅにおけるその他の９つのピークが互いにオーバラップしている、ということがわかる。オーバラップしたピーク４３ｃ、４３ｄおよび４３ｅによって、１つのスペクトル通過帯域４５ａが形成されている。 According to FIG. 2b, it can be seen that the transfer peaks 43c, 43d and 43e and the other nine peaks in the transfer characteristics 35c to 35e overlap each other. One spectral passband 45a is formed by the overlapping peaks 43c, 43d and 43e.

同様に、図２ａでは参照符号が付されていない９つのオーバラップしたピークが生じた結果として、その他の３つの通過帯域４５が形成され、光学フィルタ１の総合伝達特性２９が４つのスペクトル通過帯域４５を有するようになる。 Similarly, as a result of the nine overlapping peaks not numbered in FIG. 2a, three other passbands 45 are formed, and the overall transfer characteristic 29 of the optical filter 1 is reduced to four spectral passbands. 45.

光学フィルタ１のこれらのスペクトル通過帯域４５によって、１つの櫛形スペクトル４７が形成され、これはスペクトル間隔４９により互いに等距離で離間された４つの同じスペクトル通過帯域４５により特徴づけられている。 These spectral passbands 45 of the optical filter 1 form a comb spectrum 47, which is characterized by four identical spectral passbands 45 equidistant from one another by a spectral spacing 49.

可変リターディング素子１９（図１参照）を本発明による光学フィルタに適用すれば、櫛形スペクトル４７全体を、図２ｃに示されているシフト方向５１に沿ってスペクトル的にシフトさせることができる。 If the variable retarding element 19 (see FIG. 1) is applied to the optical filter according to the present invention, the entire comb spectrum 47 can be spectrally shifted along the shift direction 51 shown in FIG. 2c.

図３には、カメラ５３の概略的な動作原理が示されており、この場合、カメラ５３は、カラーフィルタ５７、本発明による光学フィルタ１および撮像センサ５９を備えている。撮像センサ５９を、ＣＭＯＳまたはＣＣＤとして具現化することができる。 FIG. 3 shows a schematic operation principle of the camera 53. In this case, the camera 53 includes a color filter 57, the optical filter 1 according to the present invention, and an image sensor 59. The imaging sensor 59 can be embodied as a CMOS or a CCD.

光１３は、伝達方向１１に沿ってカメラ５３に入射する。 Light 13 enters camera 53 along transmission direction 11.

図３の大きい方の枠は、上述のカメラ５３の動作原理の概略であり、伝達率３１を波長１５と対比してプロットしている。図３にプロットされた総合伝達特性２９は、４つのスペクトル通過帯域４５を含む櫛形スペクトル４７を有している。 The larger frame in FIG. 3 is an outline of the operation principle of the above-described camera 53, and the transmittance 31 is plotted in comparison with the wavelength 15. The overall transfer characteristic 29 plotted in FIG. 3 has a comb spectrum 47 including four spectral passbands 45.

カラーフィルタ５７は４つのマイクロフィルタ６１を備えており、これらのマイクロフィルタ６１各々は、撮像センサ５９の全ての画素（図示せず）のサブセットの前にポジショニングされている。特に各マイクロフィルタ６１は、１つの単一の画素の前にポジショニングされている。なお、「前に」という言い回しは、光学フィルタ１と撮像センサ５９との間のポジションのことであると解されたい。 The color filter 57 includes four microfilters 61, each of which is positioned in front of a subset of all pixels (not shown) of the imaging sensor 59. In particular, each microfilter 61 is positioned before one single pixel. It should be understood that the phrase “before” refers to a position between the optical filter 1 and the image sensor 59.

複数のマイクロフィルタ６１を、撮像センサ５９の対応する多数の画素に合わせたパターンで適用することができる。 The plurality of microfilters 61 can be applied in a pattern corresponding to a large number of corresponding pixels of the image sensor 59.

伝達率３１のプロットによって、４つのマイクロフィルタ特性６３ａ〜６３ｄが表されており、この場合、各マイクロフィルタ特性６３ａ〜６３ｄは、１つのバンドパスフィルタ６５に相応する。 The plot of the transmissivity 31 shows four microfilter characteristics 63 a to 63 d, where each microfilter characteristic 63 a to 63 d corresponds to one bandpass filter 65.

バンドパスフィルタ６５は、１つのスペクトル帯域４４を形成する下限波長６７ａ〜６７ｄと上限波長６９ａ〜６９ｄによって特徴づけられている。このプロットにおいて、上限波長６９ａおよび下限波長６７ｂは、マイクロフィルタ特性６３ａがマイクロフィルタ特性６３ｂとオーバラップしないように、選定されている。別の実施形態によれば、上述の特性６３ａ〜６３ｄに多少のオーバラップがあってもよい。 The bandpass filter 65 is characterized by lower wavelengths 67a-67d and upper wavelengths 69a-69d forming one spectral band 44. In this plot, the upper limit wavelength 69a and the lower limit wavelength 67b are selected so that the microfilter characteristic 63a does not overlap with the microfilter characteristic 63b. According to another embodiment, there may be some overlap in the above characteristics 63a-63d.

したがって、複数のスペクトル通過帯域４５のうちただ１つのスペクトル通過帯域だけが、スペクトル的に１つのマイクロフィルタ特性６３ａ〜６３ｄ内に位置する。光１３は４つの全てのスペクトル通過帯域４５から成るので、４つの全ての通過帯域４５がマイクロフィルタ６１各々に入射することになる。ただしマイクロフィルタ６１各々は、対応するマイクロフィルタ特性６３ａ〜６３ｄ内にスペクトル的に位置していない３つのスペクトル通過帯域４５を阻止することになる。 Therefore, only one of the plurality of spectral passbands 45 is spectrally located within one of the microfilter characteristics 63a to 63d. Since the light 13 consists of all four spectral passbands 45, all four passbands 45 will enter each microfilter 61. However, each of the microfilters 61 blocks three spectral passbands 45 not spectrally located within the corresponding microfilter characteristics 63a-63d.

このため、選択的に１つのパターンで配置された複数の画素にマイクロフィルタ６１を設ければ、各々が１つの単一のスペクトル通過帯域４５に制限された複数の像をキャプチャすることができる。 Therefore, if a plurality of pixels selectively arranged in one pattern are provided with the microfilter 61, a plurality of images each limited to one single spectral passband 45 can be captured.

よって、キャプチャされたスペクトル像は、対応するスペクトル通過帯域４５の帯域幅７１内の波長の光だけを考慮したものである。 Thus, the captured spectral image takes into account only light of wavelengths within the bandwidth 71 of the corresponding spectral passband 45.

帯域幅７１は、スペクトル通過帯域４５ａに対してのみ示されており、半値全幅（ＦＷＨＭ）として定められているが、本発明の別の実施形態によれば、これとは異なるように定めることができる。 The bandwidth 71 is shown only for the spectral passband 45a and is defined as full width at half maximum (FWHM), but may be defined differently according to another embodiment of the present invention. it can.

図４には、本発明による照射システム７３の概略的な構成が示されており、この照射システム７３は広帯域光源７５と光学フィルタ１とを備えている。 FIG. 4 shows a schematic configuration of an irradiation system 73 according to the present invention. The irradiation system 73 includes a broadband light source 75 and the optical filter 1.

広帯域光源７５を、連続光源７５ａとして具現化してもよいし、広帯域離散光源（図示せず）として具現化してもよい。図４に示されている広帯域光源７５は、広帯域連続光源７５ａである。広帯域連続光源７５ａは、強度分布７７ａを有する光１３を送出する。 The broadband light source 75 may be embodied as a continuous light source 75a, or may be embodied as a broadband discrete light source (not shown). The broadband light source 75 shown in FIG. 4 is a broadband continuous light source 75a. The broadband continuous light source 75a emits light 13 having an intensity distribution 77a.

光源の強度分布７７ａは光学フィルタ１に入射し、図３の総合伝達特性２９に従ってフィルタリングされ、その結果、フィルタリング後の強度分布７７ｂが得られる。フィルタリング後の強度分布７７ｂは、光学フィルタ１の複数のスペクトル通過帯域４５に対応する４つのスペクトル帯域４４を含んでいる。 The intensity distribution 77a of the light source enters the optical filter 1 and is filtered according to the overall transfer characteristic 29 in FIG. 3, and as a result, an intensity distribution 77b after filtering is obtained. The filtered intensity distribution 77b includes four spectral bands 44 corresponding to the plurality of spectral pass bands 45 of the optical filter 1.

フィルタリングされた光１３ｂは、フィルタリング後の強度分布７７ｂを有しており、試料７９に入射する。試料７９は反射性であり、この場合、反射の度合いは試料７９に入射する波長に依存する。したがって反射光１３ｃは、いくつかのスペクトル特徴成分が減衰されているため、フィルタリング後の強度分布７７ｂとは異なる反射後の強度分布７７ｃを有する。 The filtered light 13b has a filtered intensity distribution 77b, and is incident on the sample 79. The sample 79 is reflective, in which case the degree of reflection depends on the wavelength incident on the sample 79. Therefore, the reflected light 13c has an intensity distribution after reflection 77c different from the intensity distribution after filtering 77b because some spectral characteristic components are attenuated.

次いで反射光１３ｃが、カメラ５３として具現化可能な検出システム８１によってキャプチャされる。 The reflected light 13c is then captured by a detection system 81 that can be embodied as a camera 53.

総合伝達特性２９の櫛形スペクトル４７をシフトすることができるので、図４の試料７９をそれぞれ異なる波長１５で照射することができ、図示の実施形態によれば、リアルタイムで同時に４つの波長によって試料７９が照射される。 Since the comb-shaped spectrum 47 of the overall transfer characteristic 29 can be shifted, the sample 79 in FIG. 4 can be irradiated at different wavelengths 15 respectively. According to the illustrated embodiment, the sample 79 is simultaneously irradiated with four wavelengths in real time. Is irradiated.

図５には、本発明によるカメラの第２の実施形態に関する概略的な動作原理が示されている。 FIG. 5 shows a schematic principle of operation of a second embodiment of the camera according to the present invention.

図５に示されているカラーフィルタ５７は、４つのマイクロフィルタ６１によって特徴づけられたグリーン−シアン−マゼンタ−イエロー（ＧＣＭＹ）フィルタ５８として具現化されている。図５に示されているＧＣＭＹフィルタ５８の実施形態は、カラーコーディング５７ａを備えており、これはＧＣＭＹカラーコーディング５８ａである。 The color filter 57 shown in FIG. 5 is embodied as a green-cyan-magenta-yellow (GCMY) filter 58 characterized by four microfilters 61. The embodiment of the GCMY filter 58 shown in FIG. 5 comprises a color coding 57a, which is a GCMY color coding 58a.

相応に、ＲＧＢカラーコーディング６０ａ（図示せず）を備えたレッド−グリーン−ブルー（ＲＧＢ）フィルタ６０（図示せず）として、カラーフィルタ５７の異なる実施形態（図示せず）を具現化してもよい。 Accordingly, different embodiments of color filters 57 (not shown) may be embodied as red-green-blue (RGB) filters 60 (not shown) with RGB color codings 60a (not shown). .

マイクロフィルタ６１は、図３に示したマイクロフィルタ６１とは異なり、バンドパスフィルタ６５としては具現化されていない。ＧＣＭＹフィルタ５８のマイクロフィルタ６１はむしろ、波長１５に依存するマイクロフィルタ６１の伝達率３１を表す特定の伝達カーブ８３ａ〜８３ｄを有するマイクロフィルタ特性６３ａ〜６３ｄによって、特徴づけられている。 Unlike the microfilter 61 shown in FIG. 3, the microfilter 61 is not embodied as a bandpass filter 65. Rather, the microfilter 61 of the GCMY filter 58 is characterized by microfilter characteristics 63a-63d having specific transmission curves 83a-83d representing the transmissivity 31 of the microfilter 61 depending on the wavelength 15.

かかるＧＣＭＹフィルタ５８を、総合伝達特性２９を有する本発明による光学フィルタ１と組み合わせれば、ＧＣＭＹフィルタ５８の各マイクロフィルタ６１は、光学フィルタ１によって供給される４つの全てのスペクトル通過帯域４５を伝達する。波長１５と対比させてプロットされたフィルタリング後の強度分布７７ｂは、ＧＣＭＹフィルタ５８の対応するマイクロフィルタ特性６３ａ〜６３ｄと、光学フィルタ１によって供給される櫛形スペクトル４７との乗算によって特徴づけられる。 If such a GCMY filter 58 is combined with an optical filter 1 according to the invention having an overall transfer characteristic 29, each microfilter 61 of the GCMY filter 58 transmits all four spectral passbands 45 supplied by the optical filter 1. I do. The filtered intensity distribution 77 b plotted against the wavelength 15 is characterized by the multiplication of the corresponding microfilter characteristics 63 a-63 d of the GCMY filter 58 with the comb spectrum 47 provided by the optical filter 1.

よって、マイクロフィルタ６１の伝達カーブ８３ａ〜８３ｄは、櫛形スペクトル４７に対する包絡線関数８５として振る舞う。 Therefore, the transfer curves 83 a to 83 d of the microfilter 61 behave as an envelope function 85 for the comb spectrum 47.

図６には、本発明によるマルチスペクトル撮像システム８７の概略的な動作原理ならびに単純化されたその構成が示されている。 FIG. 6 shows a schematic operating principle of the multispectral imaging system 87 according to the present invention as well as its simplified configuration.

マルチスペクトル撮像システム８７は、マルチスペクトル撮像システム８７に入射する光１３を反射するポリクロイックミラー８９を備えている。 The multispectral imaging system 87 includes a polychroic mirror 89 that reflects the light 13 incident on the multispectral imaging system 87.

ポリクロイックミラー８９は、それぞれ異なる反射率の少なくとも３つのスペクトル領域を有する反射特性（図示せず）を有しており、この場合、それぞれ異なる反射率のスペクトル領域が波長軸に沿って交互に現れる。（高反射性のスペクトル帯域と非反射性のスペクトル帯域とを分離する帯域端を含むダイクロイックミラーとは対照的。） The polychroic mirror 89 has a reflection characteristic (not shown) having at least three spectral regions with different reflectivities, in which case the spectral regions with different reflectivities alternate along the wavelength axis. . (In contrast to dichroic mirrors, which include a band edge separating the highly reflective and non-reflective spectral bands.)

ポリクロイックミラー８９は、３つのプリズム素子９０の間の界面に配置されており、各々光学フィルタ１が設けられた３つのカメラ５３に向かって光１３を反射する。 The polychroic mirror 89 is arranged at the interface between the three prism elements 90, and reflects the light 13 toward the three cameras 53 each provided with the optical filter 1.

この場合、第１のカメラ５３ａに第１の櫛形スペクトル４７ａが照射され、第２のカメラ５３ｂに第２の櫛形スペクトル４７ｂが照射され、さらに第３のカメラ５３ｃに第３の櫛形スペクトル４７ｃが照射されるように、光学フィルタ１がチューナブルに具現化されている。 In this case, the first camera 53a is irradiated with the first comb spectrum 47a, the second camera 53b is irradiated with the second comb spectrum 47b, and the third camera 53c is irradiated with the third comb spectrum 47c. Thus, the optical filter 1 is tunably embodied.

図６には、櫛形スペクトル４７ａ〜４７ｃのシフトに左右されることなく、個々のスペクトル通過帯域４５が、各光学フィルタ１の総合伝達特性２９において互いに等間隔で離間されている、ということが示されている。よって、スペクトル通過帯域４５を別個には選択できない。 FIG. 6 shows that the individual spectral passbands 45 are equally spaced from one another in the overall transfer characteristic 29 of each optical filter 1 irrespective of the shift of the comb spectra 47a-47c. Have been. Therefore, the spectral passband 45 cannot be selected separately.

（第１の櫛形スペクトル４７ａの総合伝達特性２９のプロットで表された）４つの測定波長９１ａ〜９１ｄにおいて、マルチスペクトル検出またはマルチスペクトル撮像をリアルタイムに実施したい場合もある。測定波長９１ａ〜９１ｄは互いに等間隔で離間されていないので、１つの櫛形スペクトル４７によって全ての測定波長９１ａ〜９１ｄをリアルタイムに検出することはできない。 At four measurement wavelengths 91a-91d (represented by plots of the total transfer characteristic 29 of the first comb spectrum 47a), it may be desired to perform multispectral detection or multispectral imaging in real time. Since the measurement wavelengths 91a to 91d are not equally spaced from each other, it is not possible to detect all the measurement wavelengths 91a to 91d in real time by one comb-shaped spectrum 47.

したがって、第２の櫛形スペクトル４７ｂを有する第２のカメラ５３ｂを適用することによって、測定波長９１ｃを検出することができ、第３の櫛形スペクトル４７ｃを生じさせる第３のカメラ５３ｃを適用することによって、測定波長９１ｂを測定波長９１ａおよび９１ｄと同時に検出することができる。 Therefore, by applying the second camera 53b having the second comb spectrum 47b, the measurement wavelength 91c can be detected, and by applying the third camera 53c that produces the third comb spectrum 47c. , And the measurement wavelength 91b can be detected simultaneously with the measurement wavelengths 91a and 91d.

図６の右側には、結果として生じたマルチスペクトル撮像システムの総合感度９３が、波長１５と対比させてプロットされている。マルチスペクトル撮像システムの上述の総合感度９３は、複数のスペクトル通過帯域間の等間隔の離間の制約を緩和するための１つの手法である。これによって、各撮像センサ５９により測定されるスペクトル通過帯域４５の独立した選択が可能となる。 On the right side of FIG. 6, the overall sensitivity 93 of the resulting multispectral imaging system is plotted against wavelength 15. The above-described overall sensitivity 93 of the multispectral imaging system is one approach to alleviating the constraints of equidistant spacing between multiple spectral passbands. This allows independent selection of the spectral passband 45 measured by each imaging sensor 59.

なお、図６は、本発明によるマルチスペクトル撮像システム８７の概略的な動作原理を描いたものにすぎず、実際に構築するにあたっては、プリズム素子９０と光学フィルタ１とカメラ５３との間にさらに光学素子を追加する必要がある場合もある、という点に留意されたい。 Note that FIG. 6 merely depicts a schematic operation principle of the multispectral imaging system 87 according to the present invention. In actually constructing the multispectral imaging system 87, the prism element 90, the optical filter 1, and the camera 53 are further arranged. Note that additional optics may need to be added.

１光学フィルタ
３光学フィルタ段
４偏光子
５入射側偏光子
５ａ全体の入射側偏光子
６出射側偏光子
６ａ全体の出射側偏光子
７固定リターディング素子
９厚さ
１１伝達方向
１１ｂ択一的な伝達方向
１３光
１３ｂフィルタリングされた光
１３ｃ反射光
１５波長
１７通過波長
１９可変リターディング素子
２１液晶素子
２３液晶
２５ガラスプレート
２７光透過性の電極
２９総合伝達特性
３１伝達率
Ｉ_０入射強度
Ｉ_１出射強度
３３出射光
３５伝達特性
３７ａ〜３７ｅリターデーション
３９ａ第１のフィルタ段のスペクトル周波数
３９ｂ第２のフィルタ段のスペクトル周波数
３９ｃ第３のフィルタ段のスペクトル周波数
３９ｄ第４のフィルタ段のスペクトル周波数
３９ｅ第５のフィルタ段のスペクトル周波数
４１動作波長範囲
４３ｃ〜４３ｅピーク
４４スペクトル帯域
４５，４５ａスペクトル通過帯域
４７櫛形スペクトル
４７ａ第１の櫛形スペクトル
４７ｂ第２の櫛形スペクトル
４７ｃ第３の櫛形スペクトル
４９スペクトル間隔
５１シフト方向
５３カメラ
５３ａ第１のカメラ
５３ｂ第２のカメラ
５３ｃ第３のカメラ
５５スペクトル帯域
５７カラーフィルタ
５７ａカラーコーディング
５８ＧＣＭＹフィルタ
５８ａＧＣＭＹカラーコーディング
５９撮像センサ
６０ＲＧＢフィルタ
６０ａＲＧＢカラーコーディング
６１マイクロフィルタ
６３ａ〜６３ｄマイクロフィルタ特性
６５バンドパスフィルタ
６７ａ〜６７ｄ下限波長
６９ａ〜６９ｄ上限波長
７１帯域幅
７３照射システム
７５広帯域光源
７５ａ広帯域連続光源
７７ａ光源の強度分布
７７ｂフィルタリング後の強度分布
７７ｃ反射後の強度分布
７９試料
８１検出システム
８３ａ〜８３ｄ伝達カーブ
８５包絡線関数
８７マルチスペクトル撮像システム
８９ポリクロイックミラー
９０プリズム素子
９１ａ〜９１ｄ測定波長
９３マルチスペクトル撮像システムの総合感度 Reference Signs List 1 optical filter 3 optical filter stage 4 polarizer 5 incident-side polarizer 5a overall incident-side polarizer 6 exit-side polarizer 6a overall exit-side polarizer 7 fixed retarding element 9 thickness 11 transmission direction 11b alternative Transmission direction 13 Light 13b Filtered light 13c Reflected light 15 Wavelength 17 Transmission wavelength 19 Variable retarding element 21 Liquid crystal element 23 Liquid crystal 25 Glass plate 27 Light transmissive electrode 29 Overall transmission characteristics 31 Transmittance I ₀ Incident intensity I ₁ Emission Intensity 33 Outgoing light 35 Transfer characteristic 37a-37e Retardation 39a Spectral frequency of first filter stage 39b Spectral frequency of second filter stage 39c Spectrum frequency of third filter stage 39d Spectral frequency of fourth filter stage 39e Spectral frequency of filter stage 5 41 Operating wavelength range 43c to 43e Peak 44 Spectral band 45, 45a Spectral pass band 47 Comb spectrum 47a First comb spectrum 47b Second comb spectrum 47c Third comb spectrum 49 Spectral interval 51 Shift direction 53 Camera 53a First Camera 53b Second camera 53c Third camera 55 Spectral band 57 Color filter 57a Color coding 58 GCMY filter 58a GCMY color coding 59 Image sensor 60 RGB filter 60a RGB color coding 61 Micro filter 63a to 63d Micro filter characteristic 65 Band pass filter 67a-67d Lower limit wavelength 69a-69d Upper limit wavelength 71 Bandwidth 73 Irradiation system 75 Broadband light source 75a Broadband unit Light source 77a Light source intensity distribution 77b Filtered intensity distribution 77c Reflected intensity distribution 79 Sample 81 Detection system 83a to 83d Transfer curve 85 Envelope function 87 Multispectral imaging system 89 Polychroic mirror 90 Prism element 91a to 91d Measurement wavelength 93 Overall sensitivity of multispectral imaging system

Claims

通過波長（１７）の光（１３）を伝達する光学フィルタ（１）であって、
前記光学フィルタ（１）は、伝達方向（１１）に沿って配置された少なくとも２つの光学フィルタ段（３）を備えており、前記伝達方向（１１）に沿って、前記通過波長（１７）の光（１３）が前記光学フィルタ（１）を介して伝達され、
前記少なくとも２つの光学フィルタ段（３）各々は、少なくとも１つの入射側偏光子（５）と、少なくとも１つの固定リターディング素子（７）と、可変リターディング素子（１９）と、を備えている光学フィルタ（１）において、
前記少なくとも２つの光学フィルタ段（３）各々における固定リターディング素子（７）と可変リターディング素子（１９）とは、異なる厚さを有し、
複数の固定リターディング素子（７）は、互いに平行であり、
前記少なくとも２つの光学フィルタ段（３）各々は、動作波長範囲（４１）にわたって広がる周期的伝達特性（３５）を有しており、
各伝達特性（３５）は、他の伝達特性（３５）各々の少なくとも１つのピーク（４３ｃ〜４３ｅ）とそれぞれオーバラップした少なくとも２つのピーク（４３ｃ〜４３ｅ）を有しており、
前記光学フィルタ（１）の総合伝達特性（２９）は、スペクトル的に互いに分離された少なくとも２つのスペクトル通過帯域（４５）を有することを特徴とする、
光学フィルタ（１）。 An optical filter (1) for transmitting light (13) having a passing wavelength (17),
The optical filter (1) comprises at least two optical filter stages (3) arranged along the transmission direction (11), and along the transmission direction (11), the optical filter stage (3) of the transmission wavelength (17). Light (13) is transmitted through said optical filter (1);
Each of the at least two optical filter stages (3) comprises at least one incident-side polarizer (5), at least one fixed retarding element (7), and a variable retarding element (19) . In the optical filter (1),
The fixed retarding element (7) and the variable retarding element (19) in each of the at least two optical filter stages (3) have different thicknesses;
The plurality of fixed retarding elements (7) are parallel to each other,
Each of said at least two optical filter stages (3) has a periodic transfer characteristic (35) extending over an operating wavelength range (41);
Each transfer characteristic (35) has at least two peaks (43c to 43e) each overlapping at least one peak (43c to 43e) of each of the other transfer characteristics (35),
The overall transfer characteristic (29) of the optical filter (1) has at least two spectral passbands (45) spectrally separated from one another,
Optical filter (1).

少なくとも３つの通過帯域（４５）が設けられており、前記少なくとも３つの通過帯域（４５）は、波数スペクトルにおいて互いに等間隔に離間されていることを特徴とする、
請求項１記載の光学フィルタ（１）。 At least three passbands (45) are provided, the at least three passbands (45) being equally spaced from one another in a wavenumber spectrum;
Optical filter (1) according to claim 1.

可変リターディング素子（１９）の少なくとも１つは、液晶素子（２１）として具現化されていることを特徴とする、
請求項１または２記載の光学フィルタ（１）。 At least one of the variable retarding elements (19) is embodied as a liquid crystal element (21);
An optical filter (1) according to claim 1 or 2 .

少なくとも２つの光学フィルタ段（３）は、同一のリターデーション（３７ａ〜３７ｅ）を有しており、２つの前記光学フィルタ段（３）の周期的伝達特性（３５）は、互いにシフトされていることを特徴とする、
請求項１から３までのいずれか１項記載の光学フィルタ（１）。 At least two optical filter stages (3) have the same retardation (37a-37e), and the periodic transfer characteristics (35) of the two optical filter stages (3) are shifted with respect to each other. Characterized by the fact that
Optical filter (1) according to any one of the preceding claims .

少なくとも１つの光学フィルタ段（３）は、少なくとも１つの他の光学フィルタ段（３）のリターデーション（３７ａ〜３７ｅ）とは異なるリターデーション（３７ａ〜３７ｅ）を有することを特徴とする、
請求項１から４までのいずれか１項記載の光学フィルタ（１）。 At least one optical filter stage (3) has a different retardation (37a-37e) than the retardation (37a-37e) of the at least one other optical filter stage (3),
Optical filter (1) according to any of the preceding claims .

少なくとも１つの光学フィルタ段（３）は、少なくとも１つの他の光学フィルタ段（３）のリターデーション（３７ａ〜３７ｅ）とは２倍異なるリターデーション（３７ａ〜３７ｅ）を有することを特徴とする、
請求項１から４までのいずれか１項記載の光学フィルタ（１）。 At least one optical filter stage (3) is characterized in that it has a retardation (37a-37e) that is twice as different from the retardation (37a-37e) of the at least one other optical filter stage (3);
Optical filter (1) according to any of the preceding claims .

制限されたスペクトル帯域（４４）内の光（１３）に各々制限されている少なくとも２つの像を同時にキャプチャするカメラ（５３）において、
前記カメラ（５３）は、請求項１から６までのいずれか１項記載の光学フィルタ（１）を備えており、
前記フィルタの総合伝達特性（２９）の少なくとも１つのスペクトル通過帯域（４５）は、前記スペクトル帯域（４４）各々の中に位置していることを特徴とする、
カメラ（５３）。 In a camera (53) simultaneously capturing at least two images each restricted to light (13) in a restricted spectral band (44),
The camera (53) comprises an optical filter (1) according to any one of claims 1 to 6 ,
At least one spectral passband (45) of the overall transfer characteristic (29) of the filter is located in each of the spectral bands (44);
Camera (53).

前記スペクトル帯域（４４）は、ＲＧＢカラーコーディング（６０ａ）またはＧＣＭＹカラーコーディング（５８ａ）に対応していることを特徴とする、
請求項７記載のカメラ（５３）。 The spectral band (44) corresponds to RGB color coding (60a) or GCMY color coding (58a),
A camera (53) according to claim 7 .

マルチスペクトル撮像システム（８７）において、
同時撮像のために請求項７または８記載の少なくとも１つのカメラ（５３）が設けられていることを特徴とする、
マルチスペクトル撮像システム（８７）。 In the multispectral imaging system (87),
9. At least one camera (53) according to claim 7 or 8 for simultaneous imaging.
Multispectral imaging system (87).

少なくとも２つのカメラ（５３）が設けられており、前記少なくとも２つのカメラ（５３）各々の少なくとも２つの通過帯域（４５）は、スペクトル的に互いにシフトされていることを特徴とする、
請求項９記載のマルチスペクトル撮像システム（８７）。 At least two cameras (53) are provided, wherein at least two passbands (45) of each of the at least two cameras (53) are spectrally shifted from one another,
A multispectral imaging system (87) according to claim 9 .

少なくとも２つの異なるスペクトル帯域（４４）の光（１３）によって試料（７９）を照射する照射システム（７３）であって、
広帯域光源（７５）と請求項１から６までのいずれか１項記載の光学フィルタ（１）とを備えている、
照射システム（７３）。 An illumination system (73) for illuminating a sample (79) with light (13) in at least two different spectral bands (44),
A broadband light source (75) and an optical filter (1) according to any one of the preceding claims .
Irradiation system (73).